混频器的设计及仿真

课程实验报告
《集成电路设计实验》
2010- 2011学年第 1 学期
班级：
混频器（单平衡）实验名称：
指导教师：
姓名学号：
实验时间：2011年5月23日
一、实验目的：
1、了解基本射频电路的原理。

2、理解基本混频器的工作原理并设计参数。

3、掌握Cadence的运用，仿真。

二、实验内容：
1、画出混频器的原理图。

2、仿真电路：仿真出混频器的的输入、输出频谱，输出增益，1dB压缩点。

Gain=8dB，NF<8dB，IIp3=0dBm，IP1dB=-10dBm。

三、实验结果
1、混频器原理图为：
2、仿真平台的建立
3、混频管参数
设置差分管参数如下，漏端电阻R=600，隔直电容1pF，晶体管W=32u，L=400n，nr=4，m=2
4、仿真参数
设置端口初始化仿真参数frf=800MHz，prf=-40dBm，flo=850MHz，plo=20dBm，Vbias=1.5V，采用PSS和Pac仿真：
3、仿真结果
（1）增益
运行spacture,得到电压转换增益为8.8dB，在输入功率-8dBm以下保持不变，如下：
（2）线性度
1、查看PSS结果，得到输入1dB压缩点IP-1=-6.5dBm，
2、得到IIP3=3.8dBm
3、噪声
仿真Pnoise，得到输出变频DSB噪声在50MHz约为12.5dB，
4、心得体会
这次实验让我可以开始熟练的使用PSS、pnoise等仿真，同时也更为深刻的了解到了Cadence的运用。

在以后的实验中我会更努力的做好实验的。

目录前言 (1)工程概况 (1)正文 (2)3.1设计的目的及意义 (2)3.2 目标及总体方案 (2)3.2.1课程设计的要求 (2)3.2.2 混频电路的基本组成模型及主要技术特点 (2)3.2.3 混频电路的组成模型及频谱分析 (2)3.3工具的选择—Multiusim 10 (3)3.3.1 Multiusim 10 简介 (3)3.3.2 Multisim 10的特点 (3)3.4 混频器 (3)3.4.1混频器的简介 (4)3.4.2混频器电路主要技术指标 (4)3.5 混频器的分类 (5)3.6详细设计 (5)3.6.1混频总电路图 (5)3.6.2 选频、放大电路 (5)3.6.3 仿真结果 (6)3.7调试分析 (9)致谢 (9)参考文献 (9)附录元件汇总表 (10)混频器的设计与仿真前言混频器在通信工程和无线电技术中，应用非常广泛，在调制系统中，输入的基带信号都要经过频率的转换变成高频已调信号。

在解调过程中，接收的已调高频信号也要经过频率的转换，变成对应的中频信号。

特别是在超外差式接收机中，混频器应用较为广泛，如AM 广播接收机将已调幅信号535KHZ-一1605KHZ要变成为465KHZ中频信号，电视接收机将已调48．5M一870M 的图像信号要变成38MHZ的中频图像信号。

移动通信中一次中频和二次中频等。

在发射机中，为了提高发射频率的稳定度，采用多级式发射机。

用一个频率较低石英晶体振荡器作为主振荡器，产生一个频率非常稳定的主振荡信号，然后经过频率的加、减、乘、除运算变换成射频，所以必须使用混频电路，又如电视差转机收发频道的转换，卫星通讯中上行、下行频率的变换等，都必须采用混频器。

由此可见，混频电路是应用电子技术和无线电专业必须掌握的关键电路。

工程概况混频的用途是广泛的，它一般用在接收机的前端。

除了在各类超外差接收机中应用外在频率合成器中为了产生各波道的载波振荡，也需要用混频器来进行频率变换及组合在多电路微波通信中，微波中继站的接收机把微波频率变换为中频，在中频上进行放大，取得足够的增益后，在利用混频器把中频变换为微波频率，转发至下一站此外，在测量仪器中如外差频率计，微伏计等也都采用混频器。

混频器仿真实验报告一．实验目的（1）加深对混频理论方面的理解，提高用程序实现相关信号处理的能力；（2）掌握multisim实现混频器混频的方法和步骤；（3）掌握用muitisim实现混频的设计方法和过程，为以后的设计打下良好的基础。

二．实验原理以及实验电路原理图(一).晶体管混频器电路仿真本实验电路为AM调幅收音机的晶体管混频电路，它由晶体管、输入信号源V1、本振信号源V2、输出回路和馈电电路等组成，中频输出465KHz的AM波。

电路特点：（1）输入回路工作在输入信号的载波频率上，而输出回路则工作在中频频率（即LC选频回路的固有谐振频率fi）。

（2）输入信号幅度很小，在在输入信号的动态范围内，晶体管近似为线性工作。

（3）本振信号与基极偏压Eb共同构成时变工作点。

由于晶体管工作在线性时变状态，存在随U L周期变化的时变跨导g m(t)。

工作原理：输入信号与时变跨导的乘积中包含有本振与输入载波的差频项，用带通滤波器取出该项，即获得混频输出。

在混频器中，变频跨导的大小与晶体管的静态工作点、本振信号的幅度有关，通常为了使混频器的变频跨导最大（进而使变频增益最大），总是将晶体管的工作点确定在：U L=50~200mV，I EQ=0.3~1mA，而且，此时对应混频器噪声系数最小。

(二).模拟乘法器混频电路模拟乘法器能够实现两个信号相乘，在其输出中会出现混频所要求的差频（ωL-ωC），然后利用滤波器取出该频率分量，即完成混频。

与晶体管混频器相比，模拟乘法器混频的优点是：输出电流频谱较纯，可以减少接收系统的干扰；允许动态范围较大的信号输入，有利于减少交调、互调干扰。

三．实验内容及记录(一).晶体管混频器电路仿真1、直流工作点分析使用仿真软件中的“直流工作点分析”，测试放大器的静态直流工作点。

注：“直流工作点分析”仿真时，要将V1去掉，否则得不到正确结果。

因为V1与晶体管基极之间无隔直流回路，晶体管的基极工作点受V1影响。

基于ADS的微波混频器设计分析【摘要】本文基于ADS软件进行微波混频器设计分析，通过介绍研究背景和意义引入主题。

首先对ADS软件进行介绍，然后分析微波混频器的原理，详细讲解在ADS中设计步骤。

接着通过仿真结果分析深入探讨设计效果，最后进行参数优化。

结论部分总结设计经验，展望未来工程应用。

通过本文的研究，可以更好地理解微波混频器的设计原理和优化方法，为微波领域的研究和应用提供参考。

【关键词】ADS，微波混频器，设计分析，仿真，参数优化，工程应用展望1. 引言1.1 研究背景微波混频器是一种常用于射频和微波电路中的重要器件，能够实现信号的频率混合和转换，广泛应用于通信、雷达、卫星通信等领域。

随着无线通信技术的不断发展和应用需求的不断增加，对微波混频器的设计和性能提出了更高的要求。

在传统的微波混频器设计中，往往需要经过大量的实验和繁琐的调试过程，耗费时间和资源。

而基于软件仿真的设计方法能够有效地降低设计成本和缩短设计周期。

利用现代仿真软件如ADS进行微波混频器的设计分析具有重要意义。

通过对ADS软件的应用和微波混频器原理的深入研究，可以更好地理解微波混频器的工作原理和设计方法。

通过对ADS中微波混频器设计步骤和仿真结果的分析，可以优化设计参数，提高混频器的性能和稳定性。

本文将重点研究基于ADS的微波混频器设计分析，旨在为微波混频器设计提供理论支持和实际指导。

1.2 研究意义通过对ADS软件进行深入了解和应用，可以更加高效地进行微波混频器的设计和仿真。

掌握ADS软件中微波混频器设计的步骤和参数优化方法，可以帮助工程师快速、准确地设计出符合要求的微波混频器。

本文将通过对ADS软件的介绍，微波混频器原理的分析，ADS中微波混频器设计步骤的详细讲解，仿真结果的分析以及参数优化的探讨，来总结微波混频器设计的关键技术，为微波器件的工程应用提供新的思路和方法。

2. 正文2.1 ADS软件介绍ADS（Advanced Design System）是由美国Keysight Technologies公司开发的一款专业的微波电路设计软件。

混频器仿真模拟一 混频器原理介绍混频是将已调波中载波频率变换为中频频率，而保持调制规律不变的频率变换过程。

本地振荡信号())(1012752cos 2003mv f l ⨯⨯=π调幅信号为 ))(108102cos())10102cos(1(2033mv fs ⨯⨯⨯⨯⨯+=ππ。

经过混频器之后，信号会实现线性的搬移.调幅信号经过频率的线性搬移之后，由高频区移动至中频区，再采用滤波器将中频段的信号取出，即可得到465KHZ 中频段的调幅信号。

实验电路图如下（其中调幅信号由Multisim 中信号源提供）实验结果如下(其本中第一路为调幅输入信号，第二路为本地振荡信号，第三路为混频之后的输出信号)采用Multisim 中的傅里叶分析仪对输入输出信号进行频谱分析，可以观察到信号的输入和输出时的频谱搬移变化。

频谱图如下：第一幅为输入时的频谱图（调幅信号为))(108102cos())10102cos(1(2033mv fs ⨯⨯⨯⨯⨯+=ππ），第二幅为进过混频后输出的频率图二 参数分析（1）静态工作点的变化对输出的影响三极管静态工作点的位置决定了信号进行非线性变化之后高次分量，合理的静态工作点会有效的排除一些不必要的干扰。

在本实验中通过改变电阻R3可以改变静态工作点。

对参数R3进行扫描分析，图形如下（2）输入的本地信号幅度对输出的影响混频器的正常工作条件除了合理的静态工作点之外，还要求本地振荡信号的幅度远远大于射频信号的幅度（一般为十倍关系），但是本地振荡信号的幅度过大也会影响到混频的效果。

如下分别列出了本地振荡信号的幅度过大和过小两种情况下的混频输出结果。

1.本地载波输入过小（为20mv）2.本地载波过大（为2v）输入信号过小时，对于混频器来说信号的强度不够，输出信号的信噪比就不够，便容易引起失真；但是输入过大，如上述第二幅波形图所示，会引起严重的失真。

二极管的瞬时工作点取决于直流偏置电压，本地载波以及输入的调幅，时变静态工作点是由于直流偏置电压，本地载波决定，当输入信号远远小于本地振荡时，晶体管便不再是一个静态工作点随本地振荡信号变化而变化的线性元件，从而导致输出失真。

选课时间段：周五3、4、5序号：实验报告课程名称：通信电路上机实验实验名称：混频器设计及仿真学生姓名：***学生学号：********实验日期：5月24日混频器的设计及仿真一、 设计要求及主要指标1、 LO 本振输入频率：1.45MHz ，RF 输入频率：1MHz ，IF 中频输出频率：450KHz 。

2、 LO 本振输入电压幅度：5V ，RF 输入电压幅度：0.5V 。

3、 混频器三个端口的阻抗为50Ω。

4、 本实验采用二极管环形混频器进行设计，二极管采用DIN4148。

二、 实验电路图三、实验波形图图12R 的输出电压ifV 波形图22R 两端电压IF V 的频谱图频谱图分析：由输出的频谱图可见，环形混频器的输出电压中主要的组合频率分量为：0.45MHZ ，2.45MHz ，3.35 MHz ，5.35 MHz ，6.24 MHz ，8.25 MHz ，9.15 MHz 等等。

其中0.45MHZ 为差频输出信号，2.45MHz 为和频输出信号。

图3 输入RF 信号电压in V 波形图图4 输入RF 信号电流in I 波形图由图2可知：输出的中频（0.45MHZ ）幅度为：mV V if 2.153=由图3，图4可知输入电压，电流的幅值分别为： mV V in 8.270=mA I in 47.4=通过以上数据求出混频器的混频增益为： dB A C 95.48.2702.153log20== 输出的中频功率为：mW R V P LIFIF 2347.0212==RF 信号的输入功率为： mW I V P in in in 60524.021==所以有混频器的混频损耗为： dB P P L IFinC 11.4log10== 对于RF 输入端可得到输入阻抗为： Ω==6.60ininin i V R表1 输入\输出电压及电流值通过MATLAB仿真我们可以得到输入、输出功率(dBm)的关系图，如图5所示。

模拟电路混频器设计在模拟电路设计中，混频器是一个重要的组件，用于将不同频率的信号进行混合。

本文将介绍模拟电路混频器的设计原理和步骤，以及一些常见的混频器电路结构。

一、设计原理在模拟电路中，混频器是将两个或多个不同频率的信号进行非线性运算，产生新的频率组合的电路。

混频器广泛应用于无线通信系统、雷达系统、视频处理等领域。

混频器的主要原理是利用非线性元件（如二极管、晶体管）的非线性特性，将输入信号的频率进行线性非线性转换，产生输出信号。

在混频器中，输入信号通常有两路，分别为射频信号（RF）和本地振荡信号（LO）。

混频器的输出信号一般为中频信号（IF）。

根据输入和输出信号的频率关系，混频器可分为上变频和下变频两种。

二、设计步骤下面以单二极管环形混频器为例，介绍混频器的设计步骤。

1. 选择工作频率首先确定混频器的工作频率范围，根据具体需求选择射频和本地振荡信号的频率。

2. 确定器件参数根据所选的工作频率，选择合适的二极管。

常用的二极管有硅二极管和砷化镓二极管，其特性参数包括最大工作频率、截止频率、反向击穿电压等。

3. 绘制电路图根据混频器的电路结构，绘制混频器的电路图。

对于单二极管环形混频器，电路图包括二极管、匹配网络和偏置电源。

4. 设计匹配网络在混频器中，匹配网络的设计非常重要。

它主要用于确保输入输出的阻抗匹配，提高混频器的性能。

匹配网络的设计需要考虑负载阻抗、源阻抗、谐振频率等因素。

5. 确定偏置电源混频器中的二极管需要合适的偏置电源，以确保其处于合适的工作状态。

偏置电源的设计需考虑二极管的导通和截止状态。

6. 进行仿真和验证完成混频器的设计后，进行电路仿真和验证。

利用电路仿真软件，验证混频器的性能指标，如增益、带宽等。

三、常见的混频器电路结构除了单二极管环形混频器，常见的混频器电路结构还包括平衡混频器、同步混频器、开关混频器等。

每种电路结构都有其特点和适用范围。

平衡混频器采用互补输入电路，可以大大降低非线性失真，适用于高要求的应用场景。

有源正交镜像抑制上变频混频器仿真v1.8摘要：一、引言二、正交镜像抑制上变频混频器原理三、仿真软件v1.8的特点四、仿真过程及结果分析五、结论正文：一、引言随着现代通信技术的快速发展，正交镜像抑制上变频混频器在无线通信系统中得到了广泛应用。

它具有较高的线性度、灵敏度和可靠性，是射频电路设计中不可或缺的部分。

本文将介绍正交镜像抑制上变频混频器的原理，以及一款用于仿真的软件v1.8。

二、正交镜像抑制上变频混频器原理正交镜像抑制上变频混频器是一种基于正交技术的有源混频器，其主要特点是输入信号和本振信号相互正交，从而抑制镜像频率。

在工作过程中，输入信号与本振信号经过混频后，会产生基带信号和镜像信号。

通过正交技术，基带信号相互抵消，从而达到抑制镜像信号的目的。

三、仿真软件v1.8的特点这款仿真软件具有以下特点：1.高度的模块化：软件中包含了各种射频、中频、基带模块，方便用户搭建不同的电路拓扑。

2.丰富的算法库：提供了多种算法，如线性插值、FFT、IFFT等，满足各种信号处理需求。

3.图形化界面：直观地展示电路结构和参数设置，便于用户调整和优化。

4.灵活的仿真模式：支持时域、频域等多种仿真模式，满足不同需求。

5.结果分析功能：提供多种分析工具，如眼图、星座图、频谱分析等，方便用户对仿真结果进行深入研究。

四、仿真过程及结果分析在软件中搭建正交镜像抑制上变频混频器电路，设置相应的参数，如本振频率、输入信号频率、混频器带宽等。

运行仿真后，可以得到基带信号和镜像信号的幅度、相位等参数。

通过对比仿真结果和理论分析，可以验证正交镜像抑制上变频混频器的效果。

五、结论本文介绍了正交镜像抑制上变频混频器的原理，并推荐了一款实用的仿真软件v1.8。

通过这款软件，设计师可以快速验证正交镜像抑制上变频混频器的设计方案，并根据仿真结果进行优化。

,cos ,cos t V v t V v LO LO LO RF RF RF ωω==DL RF R R vi i +=-2232)(22141πω-+=-t K R R v i i LO DL RF实验名称：混频器设计及仿真一、实验目的1、理解和掌握二极管双平衡混频器电路组成和工作原理。

2、理解和掌握二极管双平衡混频器的各种性能指标。

3、进一步熟悉电路分析软件。

二、实验原理混频器作为一种三端口非线性器件，它可以将两种不同频率的输入信号变为一系列的输出频谱，输出频率分别为两个输入频率的和频、差频及其谐波。

两个输入端分别为射频端RF 和本振LO 。

输出端称为中频端IF 。

基本原理图如图：本实验采用二极管环形混频器如图：由于RF LOV V >>,二极管主要受到大信号LO V 控制，四个二极管均按开关状态工作， 将二极管用开关等效，开关函数表示为：)(1t K LO ω，因此在LO v 正半周期间开关闭合，上下回路方程为：0)(,0)(233322=---+-=---+L D LO RF L D LO RF R i i R i v v R i i R i v v ，求得： ， 与之相应的开关函数)(1t K LO ω，因此一般形式为： ，与之相应的开关函数)(1t K LO ω，因此一般形式为：，同理分析得在LO v 负半周期间有：专业：信息对抗（12083511） 学生姓名：刘美琪（12083103） 实验名称：混频器设计及仿真)(22132t K R R v i i L DL RFω+=-)(22132t K R R v i i L DL RFω+=-所以通过L R 的总电流为：...]3cos 34cos 4[cos 22)()(3241+-+-=---=t t t R R V i i i i i LO LO LO D L RF o ωπωπω所以知：双平衡混频器的输出电流中仅包括 的组合频率分量，而抵消了RF LO ωω,即p 为偶数的众多组合频率分量。